DE10110792A1 - Ceramic cooking system with glass ceramic plate, insulation layer and heating elements - Google Patents

Ceramic cooking system with glass ceramic plate, insulation layer and heating elements

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Abstract

A ceramic cooking system including a glass ceramic plate, with an underside that supports an electrical insulation layer having one or more heating elements for directly heating the glass ceramic plate. This invention improves the adhesion of the insulation during heating and prevents the insulation from partially detaching. Thus, the insulation layer is subdivided into several insulation segments that extend over the cooking area and support heating elements specifically assigned to each segment.

Description

Die Erfindung betrifft ein keramisches Kochsystem mit einer Glaskeramikplatte, die auf ihrer Unterseite eine elektrische Isolationsschicht mit einem oder mehre­ ren Heizelementen zur direkten Beheizung der Glaskeramikplatte trägt.The invention relates to a ceramic cooking system with a glass ceramic plate, which have an electrical insulation layer with one or more on their underside Ren heating elements for direct heating of the glass ceramic plate.

Diese keramischen Kochsysteme mit einer direkten Beheizung der Glaskeramik­ platte zeichnen sich durch hohe Ankochleistung aus und haben gegenüber der Beheizung mittels Strahlungsheizkörper bezüglich Effizienz und Designmöglich­ keiten Vorteile.These ceramic cooking systems with direct heating of the glass ceramic plates are characterized by high parboiling performance and have compared to the Heating by means of radiant heaters in terms of efficiency and design possible advantages.

Keramische Kochsysteme bestehen aus einer ebenen Glaskeramikplatte, auf dessen Oberseite das zu beheizende Kochgefäß abgestellt wird. Die Glas­ keramikplatten umfassen oxidische und nicht oxidische Keramiken, wie der WO 00/15005, der FR 2 744 116, der EP 0 861 014 A1 und der US 6,037,572 zu entnehmen ist.Ceramic cooking systems consist of a flat glass ceramic plate the top of which the cooking vessel to be heated is turned off. The glass ceramic plates include oxidic and non-oxidic ceramics, such as WO 00/15005,  FR 2 744 116, EP 0 861 014 A1 and US 6,037,572 can be seen.

Zur elektrischen Isolation wird zwischen der Glaskeramikplatte und den Heiz­ elementen eine Isolationsschicht für die elektrische Isolation aufgebracht. Als Material für diese Isolationsschicht eignen sich Stoffe mit hohem elektrischem Isolationswert, vor allem Stoffsysteme AL2O3-SiO2-MgO mit Werkstoffen wie Ko­ rund, Mullit, Periklas, Spinell und Cordierit.For electrical insulation, an insulation layer for electrical insulation is applied between the glass ceramic plate and the heating elements. Suitable materials for this insulation layer are materials with a high electrical insulation value, especially AL 2 O 3 -SiO 2 -M g O material systems with materials such as Ko round, mullite, periclase, spinel and cordierite.

Auf der Isolationsschicht werden die Heizelemente aufgebracht. Als Heizele­ mente können dünne Schichten vollflächig durch Sputtern oder im CVD-Verfah­ ren vorgesehen werden, wobei insbesondere SnO2 verwendet wird, wie die WO 00/18189 zeigt.The heating elements are applied to the insulation layer. Thin layers can be provided as heating elements over the entire surface by sputtering or in the CVD process, in particular using S n O 2 , as shown in WO 00/18189.

Eine weitere Möglichkeit besteht in dem Aufbringen von Dickschicht-Leiter­ bahnen aus Silber-Palladium-Legierungen im Siebdruckverfahren, wie aus der EP 0 861 014 A1 und der EP 0 069 218 A1 zu entnehmen ist.Another possibility is to apply thick-film conductors tracks made of silver-palladium alloys in the screen printing process, such as from EP 0 861 014 A1 and EP 0 069 218 A1.

Bei derartigen keramischen Kochsystemen bereitet die Aufbringung der Isola­ tionsschicht auf die Unterseite der Glaskeramikplatte Schwierigkeiten, denn diese muss nicht nur sehr fest an der Glaskeramikplatte haften, sie muss auch eine hohe elektrische Isolationswirkung bei guter Wärmeleitfähigkeit besitzen. Dies bedingt in der Regel einen nicht voll befriedigenden Kompromiss.With such ceramic cooking systems, the application of the isola prepares Difficulty layer on the underside of the glass ceramic plate, because This not only has to adhere very firmly to the glass ceramic plate, it also has to have a high electrical insulation effect with good thermal conductivity. This usually requires a compromise that is not fully satisfactory.

Es sind als Dickschicht aufgetragene Isolationsschichten für ein keramisches Kochsystem aus AL2O3, Spinell, ZrO2 oder MgO bekannt, die eine hohe Isolationswirkung haben. Da sie einen wesentlich größeren Ausdehnungskoeffizienten als die Glaskeramikplatte aufweisen, ergeben sich gerade während des Aufheizens große Spannungen in der Isolationsschicht, die zu einem teilweisen Lösen der Haftung an der Glaskeramikplatte führen können.Insulation layers applied for a ceramic cooking system made of AL 2 O 3 , spinel, ZrO 2 or M g O are known as thick layers and have a high insulation effect. Since they have a much larger expansion coefficient than the glass ceramic plate, great stresses arise in the insulation layer during heating, which can lead to a partial loosening of the adhesion to the glass ceramic plate.

Werden für die Isolationsschicht besser an der Glaskeramikplatte haftende und einen niedrigeren Ausdehnungskoeffizienten aufweisende Materialien, wie Mullit, oder Cordierit, verwendet, dann muss aus Isolationsgründen eine dickere Schicht aufgetragen werden, die dann zudem zu höherem Wärmeübergangs­ verlust führt.Are better adhering to the glass ceramic plate for the insulation layer materials with a lower coefficient of expansion, such as Mullite, or cordierite, is used, then a thicker one for insulation reasons Layer are applied, which then also leads to higher heat transfer loss leads.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein keramisches Kochsystem der eingangs er­ wähnten Art zu schaffen, bei dem eine als Dickschicht ausgebildete Isolation verwendet werden kann, ohne ein teilweises Lösen derselben von der Unter­ seite der Glaskeramikplatte befürchten und hohen Wärmeübergangsverlust in Kauf nehmen zu müssen.It is an object of the invention, a ceramic cooking system of the beginning mentioned type to create, in which an insulation formed as a thick layer can be used without partially detaching it from the sub fear the side of the glass ceramic plate and high heat transfer loss in To have to buy.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass die Isolations­ schicht in mehrere Isolationssegmente unterteilt ist, die sich über die Kochzone erstrecken und segmentindividuelle Heizelemente tragen.This object is achieved according to the invention in that the insulation layer is divided into several insulation segments that extend over the cooking zone extend and wear segment-specific heating elements.

Durch die Unterteilung der Isolationsschicht in mehrere Isolationssegmente, d. h. die Unterteilung der Kochzone in mehrere Teilzonen, werden kleinflächige Iso­ lationsbereiche geschaffen. Die zugeordneten Isolationssegmente sind in ihren Abmessungen so, dass sich in ihnen keine hohen mechanischen Spannungen ausbilden können, die beim Aufheizen zu einem teilweisen Lösen von der Unterseite der Glasplatte führen können. Dies bedingt, dass ohne Gefahr von auftretenden Fehlern als Dickschichten aufbringbare Materialien hoher Isolationswirkung, jedoch guter Wärmeübertragung verwendet werden können. Dazu wird in vorteilhafter Weise vorgesehen, dass die Isolationssegmente als Schicht mit einer Dicke von 100 bis 400 µm aus AL2O3, Mullit oder Cordierit, ZrO2 aufgebracht sind.The subdivision of the insulation layer into several insulation segments, ie the subdivision of the cooking zone into several sub-zones, creates small-area insulation regions. The dimensions of the assigned insulation segments are such that no high mechanical stresses can form in them, which can lead to a partial detachment from the underside of the glass plate during heating. This means that materials with a high insulation effect but good heat transfer can be used as thick layers without the risk of errors occurring. For this purpose, it is advantageously provided that the insulation segments are applied as a layer with a thickness of 100 to 400 μm made of AL 2 O 3 , mullite or cordierite, ZrO 2 .

Ist nach einer Ausgestaltung vorgesehen, dass die Isolationssegmente zumin­ dest teilweise über Isolationsbrücken für Verbindungs-Leiterbahnen miteinander verbunden sind, dann können die auf den Isolationssegmenten aufgebrachten, segmentindividuellen Heizelemente in gewünschter Weise verschaltet werden.According to one embodiment, it is provided that the insulation segments at least at least partly with insulation bridges for connecting interconnects connected, then the applied on the insulation segments, segment-specific heating elements can be connected in the desired manner.

Um in den Teilzonen der so unterteilten Kochzone eine segmentindividuelle Temperaturmessung durchführen zu können, sieht eine weitere Ausgestaltung vor, dass den isolationsschichtfreien Stellen der Unterseite der Glaskera­ mikplatte Sensorbahnen zur Temperaturmessung aufgebracht sind.To create a segment-specific one in the sub-zones of the cooking zone subdivided in this way To be able to carry out temperature measurement is a further embodiment before that the insulation layer-free areas of the bottom of the Glaskera microplate sensor tracks for temperature measurement are applied.

Für die Unterteilung der Isolationsschicht lassen sich verschiedene Muster reali­ sieren. So kann vorgesehen sein, dass die Unterteilung der Isolationsschicht in konzentrisch zueinander angeordnete kreisausschnittförmige Isolationssegmente vorgenommen ist.Different patterns can be realized for dividing the insulation layer Sieren. It can be provided that the subdivision of the insulation layer into Circular-cut insulation segments arranged concentrically to one another is made.

Eine besonders günstige Unterteilung kann so vorgenommen sein, dass die Un­ terteilung der Isolationsschicht in ein zentrisches, annähernd scheibenförmiges Isolationssegment mit sektorförmiger Aussparung für Anschlussleitungen und mehrere das scheibenförmige Isolationssegment umschließende kreisausschnitt­ förmige Isolationssegmente vorgenommen ist.A particularly favorable subdivision can be made so that the Un division of the insulation layer into a central, approximately disc-shaped Isolation segment with sector-shaped recess for connecting cables and several circular sections enclosing the disc-shaped insulation segment shaped insulation segments is made.

In bestimmten Fällen kann eine zentrisch in der Kochzone vorgenommene Tem­ peraturmessung von Vorteil sein. Dazu wird die Ausgestaltung so vorgenommen, dass das scheibenförmige Isolationssegment im Zentrum eine Ausneh­ mung zum Aufbringen einer Sensorbahn aufweist.In certain cases, a tem temperature measurement can be an advantage. For this purpose, the design is carried out in such a way  that the disc-shaped insulation segment in the center is a recess tion for applying a sensor track.

Für die Verbindung der segmentindividuell aufgebrachten Heizelemente kann nach einer Ausgestaltung vorgesehen sein, dass die segmentindividuellen Heiz­ elemente als elektrisch leitende Dickschicht-Leiterbahnen aufgebracht und über als Dickschicht-Leiterbahnen ausgebildete Verbindungs-Leiterbahnen in der ge­ wünschten Weise elektrisch leitend miteinander verbunden sind.Can be used to connect the individual heating elements According to an embodiment, the segment-specific heating elements applied as electrically conductive thick-film conductor tracks and over formed as thick-film conductor tracks connecting conductor tracks in the ge Desired way are electrically connected together.

Es bleibt zu erwähnen, dass die Heizelemente nicht nur als Dickschicht-Heiz­ leiter sondern auch als vollflächige Heizfolien ausgebildet sein können, die an die Größe und Form der Isolationssegmente angepasst sind.It should be noted that the heating elements are not just as thick film heaters conductor but can also be designed as full-surface heating foils, which the size and shape of the insulation segments are adapted.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungs­ beispiels näher erläutert. Es zeigen:The invention is based on an embodiment shown in the drawing example explained in more detail. Show it:

Fig. 1 eine Ansicht auf die mit einer unterteilten Isolationsschicht verse­ hene Unterseite eines Glaskeramikplatten-Ausschnittes und Fig. 1 is a view of the verse with a divided insulation layer hens underside of a glass ceramic plate cutout and

Fig. 2 den Glaskeramikplatten-Ausschnitt nach Fig. 1, wobei die Isola­ tionssegmente aus Dickschicht-Leiterbahnen bestehende segment­ individuelle Heizelemente tragen. Fig. 2 shows the glass ceramic plate section according to Fig. 1, wherein the isolation segments from thick-film conductor tracks existing segment individual heating elements.

Wie Fig. 1 zeigt, ist jeder auf der Glaskeramikplatte 10 vorgesehenen und auf deren Oberseite gekennzeichneten Kochzone auf der Unterseite 11 eine unter­ teilte Isolationsschicht deckungsgleich zugeordnet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sieht die Unterteilung ein zentrisches, annähernd scheibenförmiges Isolationssegment 12 vor, das einen von einer zentrischen Ausnehmung 18 (Fig. 2) ausgehenden freien radialen Sektor 15 aufweist. Um dieses zentrische Iso­ lationssegment 12 sind vier kreiausschnittförmige Isolationssegmente 13.1, 13.2, 13.3 und 13.4 verteilt angeordnet, wobei zwischen den Isolationsseg­ menten 13.2 und 13.3 wieder ein Sektor 16 freibleibt. Dieser Sektor 16 verlän­ gert den Sektor 15 und bietet Zugang für den elektrischen Anschluss der Heiz­ elemente. Die Isolationssegmente 13.1 und 13.2 sind über eine Isolationsbrücke 14.1 miteinander verbunden. Die Isolationsbrücke 14.2 verbindet die Isolations­ segmente 13.3 und 13.4, während die Isolationsbrücke 14.3 die Isolationsseg­ mente 13.4 und 13.1 miteinander verbindet.As shown in FIG. 1, each of the cooking zones provided on the glass ceramic plate 10 and marked on the top side thereof is assigned a co-located insulation layer on the bottom side 11 . In the exemplary embodiment shown, the subdivision provides a central, approximately disk-shaped insulation segment 12 which has a free radial sector 15 starting from a central recess 18 ( FIG. 2). Around this central isolation segment 12 , four circular-cut isolation segments 13.1 , 13.2 , 13.3 and 13.4 are distributed, with a sector 16 remaining free between the isolation segments 13.2 and 13.3 . This sector 16 extends sector 15 and provides access for the electrical connection of the heating elements. The insulation segments 13.1 and 13.2 are connected to one another via an insulation bridge 14.1 . The isolation bridge 14.2 connects the isolation segments 13.3 and 13.4 , while the isolation bridge 14.3 connects the isolation segments 13.4 and 13.1 .

Die isolationsschichtfreien Bereiche zwischen den Isolationssegmenten 12, 13.1, 13.2, 13.3 und 13.4 können zur Temperaturmessung Seonsorbahnen 40, 41 und 42 tragen, mit denen teilzonenindividuelle Temperaturen erfasst werden können, um die Heizelemente teilzonenindividuell schalten und regeln zu kön­ nen.The insulation layer-free areas between the insulation segments 12 , 13.1 , 13.2 , 13.3 and 13.4 can carry Seonsor tracks 40 , 41 and 42 for temperature measurement, with which zone-specific temperatures can be recorded in order to be able to switch and regulate the heating elements individually for the zone.

Auf die Isolationssegmente 12, 13.1, 13.2, 13.3 und 13.4 sind segmentindi­ viduelle Heizelemente 20, 30.1, 30.2, 30.3 und 30.4 aufgebracht, wie Fig. 2 zeigt. Dabei sind diese Heizelemente durch konzentrisch zueinander angeord­ nete, kreisbogenförmige und mäanderförmig hintereinander geschaltete Dick­ schicht-Leiterbahnen 25 bzw. 35 gebildet.On the insulation segments 12 , 13.1 , 13.2 , 13.3 and 13.4 segment-individual heating elements 20 , 30.1 , 30.2 , 30.3 and 30.4 are applied, as shown in FIG. 2. These heating elements are formed by concentrically arranged angeord nete, circular arc-shaped and meandering thick series circuit tracks 25 and 35 , respectively.

Die Anschlussleitungen 21 und 22 werden bei der Bestromung des auf dem zentrischen Isolationssegment 20 aufgebrachten Heizelement 20 angesteuert. The connecting cables 21 and 22 are driven at the current supply to the applied to the central insulation segment 20 heating element twentieth

Die Heizelemente 30.1, 30.2, 30.3 und 30.4 auf den Isolationssegmenten 13.1, 13.2, 13.3 und 13.4 sind in Reihe (hintereinander) geschaltet, wobei die Ver­ bindungs-Dickschicht-Leiterbahnen 33.1, 33.2 und 33.3 auf den Isolations­ brücken 14.1, 14.2 und 14.3 die Reihenschaltung vervollständigen.The heating elements 30.1 , 30.2 , 30.3 and 30.4 on the insulation segments 13.1 , 13.2 , 13.3 and 13.4 are connected in series (one behind the other), the Ver connection thick-film conductor tracks 33.1 , 33.2 and 33.3 on the insulation bridges 14.1 , 14.2 and 14.3 Complete series connection.

Die in Reihe geschalteten Heizelemente 30.1, 30.2, 30.3 und 30.4 werden über Anschlussleitungen 31 und 32 angesteuert und bestromt.The heating elements 30.1 , 30.2 , 30.3 and 30.4 connected in series are controlled and energized via connecting lines 31 and 32 .

Es ist leicht einzusehen, dass die Isolationssegmente 12, 13.1, 13.2, 13.3 und 13.4 auf diese Weise klein gehalten werden können, wodurch beim Aufheizen wesentlich kleinere, mechanische Spannungen auftreten, wie bei einer ge­ schlossenen, die gesamte Kochzone abdeckenden Isolationsschicht. Es können daher Materialen für die Isolationssegmente verwendet werden, die einen höheren Ausdehnungskoeffizienten, jedoch höhere Isolationswirkung und als dünnere Schicht günstigere Wärmeübertragungseigenschaften aufweisen.It is easy to see that the insulation segments 12 , 13.1 , 13.2 , 13.3 and 13.4 can be kept small in this way, as a result of which much smaller mechanical stresses occur during heating, such as with a closed insulation layer covering the entire cooking zone. It is therefore possible to use materials for the insulation segments which have a higher coefficient of expansion but a higher insulation effect and, as a thinner layer, more favorable heat transfer properties.

Claims (8)

1. Keramisches Kochsystem mit einer Glaskeramikplatte, die auf ihrer Unter­ seite eine elektrische Isolationsschicht mit einem oder mehreren Heizele­ menten zur direkten Beheizung der Glaskeramikplatte trägt, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationsschicht in mehrere Isolationssegmente (12, 13.1, 13.2, 13.3, 13.4) unterteilt ist, die sich über die Kochzone erstrecken und seg­ mentindividuelle Heizelemente (20, 30.1, 30.2, 30.3, 30.4) tragen.1. Ceramic cooking system with a glass ceramic plate, the underside of an electrical insulation layer with one or more Heizele elements for direct heating of the glass ceramic plate, characterized in that the insulation layer divided into several insulation segments ( 12 , 13.1 , 13.2 , 13.3 , 13.4 ) is, which extend over the cooking zone and seg ment individual heating elements ( 20 , 30.1 , 30.2 , 30.3 , 30.4 ) wear. 2. Kochsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationssegmente (20, 30.1, 30.2, 30.3, 30.4) zumindest teil­ weise über Isolationsbrücken (14.1, 14.2, 14.3) für Verbindungs-Leiter­ bahnen (33.1, 33.2, 33.3) miteinander verbunden sind.2. Cooking system according to claim 1, characterized in that the insulation segments ( 20 , 30.1 , 30.2 , 30.3 , 30.4 ) at least partially via insulation bridges ( 14.1 , 14.2 , 14.3 ) for connecting conductor tracks ( 33.1 , 33.2 , 33.3 ) connected to each other are. 3. Kochsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass den isolationsschichtfreien Stellen der Unterseite (11) der Glas­ keramikplatte (10) Sensorbahnen (40, 41, 42, 43) zur Temperaturmes­ sung aufgebracht sind. 3. Cooking system according to claim 1 or 2, characterized in that the insulation layer-free locations of the underside ( 11 ) of the glass ceramic plate ( 10 ) sensor tracks ( 40 , 41 , 42 , 43 ) are applied to the temperature measurement solution. 4. Kochsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterteilung der Isolationsschicht in konzentrisch zueinander an­ geordnete kreisausschnittförmige Isolationssegmente vorgenommen ist.4. Cooking system according to one of claims 1 to 3, characterized, that the subdivision of the insulation layer in concentric to each other orderly circular segment-shaped insulation segments is made. 5. Kochsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterteilung der Isolationsschicht in ein zentrisches, annähernd scheibenförmiges Isolationssegment (20) mit sektorförmiger Aussparung (15) für Anschlussleitungen und mehrere das scheibenförmige Isolations­ segment (12) umschließende kreisausschnittförmige Isolationssegmente (13.1, 13.2, 13.3, 13.4) vorgenommen ist.5. Cooking system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the subdivision of the insulation layer into a central, approximately disc-shaped insulation segment ( 20 ) with a sector-shaped recess ( 15 ) for connecting lines and a plurality of circular-segment-shaped insulation segments surrounding the disc-shaped insulation segment ( 12 ) 13.1 , 13.2 , 13.3 , 13.4 ). 6. Kochsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das scheibenförmige Isolationssegment (12) im Zentrum eine Aus­ nehmung (17) zum Anbringen einer Sensorbahn (40) aufweist.6. Cooking system according to claim 5, characterized in that the disc-shaped insulation segment ( 12 ) in the center from a recess ( 17 ) for attaching a sensor track ( 40 ). 7. Kochsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolationssegmente (12, 13.1, 13.2, 13.3, 13.4) als Dickschicht mit einer Dicke von 100 bis 400 µm aus AL2O3, SiO2 oder Mullit, Cordierit, ZrO2 aufgebracht sind.7. Cooking system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the insulation segments ( 12 , 13.1 , 13.2 , 13.3 , 13.4 ) as a thick layer with a thickness of 100 to 400 microns made of AL 2 O 3 , SiO 2 or mullite, cordierite , ZrO 2 are applied. 8. Kochsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die segmentindividuellen Heizelemente (20, 30.1, 30.2, 30.3, 30.4) als elektrisch leitende Dickschicht-Leiterbahnen (25, 35) aufgebracht und über als Dickschicht-Leiterbahnen ausgebildete Verbindungs-Leiterbahnen (33.1, 33.2, 33.3) in der gewünschten Weise elektrisch leitend miteinan­ der verbunden sind.8. Cooking system according to one of claims 1 to 7, characterized in that the segment-specific heating elements ( 20 , 30.1 , 30.2 , 30.3 , 30.4 ) are applied as electrically conductive thick-film conductor tracks ( 25 , 35 ) and via connection formed as thick-film conductor tracks Conductor tracks ( 33.1 , 33.2 , 33.3 ) are electrically connected to each other in the desired manner.
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